[发明专利]一种双阶粗糙结构岩石节理张开度量化方法

说明书

本发明属于岩土工程技术领域，提供了一种双阶粗糙结构岩石节理张开度量化方法。在剪切方向上，得到关键大起伏的最高点(X_h,Y_h)和最低点(X_l,Y_l)的节理起伏度，然后获得关键大起伏的波长；识别具有正坡角的微凸体，并计算tanθ_i，然后在每个垂直高度的正坡角中选择最大的一个，即并认为上表面沿最陡的正坡角滑动。根据公式和可知道节理张开度增量是剪切位移增量的函数，即张开度的增量为Δδ_n＝2(x_n‑x_n‑1)tanθ_n，由此计算张开度累计为：本发明所提出的算法预测的联锁度与Ladanyi&Archambault的计算结果相同。通过试验验证，新方程与实验室结果吻合较好。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种双阶粗糙结构岩石节理张开度量化方法。

背景技术

地下开挖产生的节理开口会显著地影响岩石节理的力学性能。部分研究发现当节理壁处于不匹配或打开状态时，节理产生的法向刚度要低得多。这是由于微凸体的参与较少，开口接头的正常刚度和抗剪强度会明显降低，节理的实际接触面积比节理之间的重叠面积小得多，且变形使接触面积减小导致了摩擦阻力下降，因此，受剪节理开口的机理也引起了越来越多的关注。

但是在大多数已开发的公式中一般默认岩石节理在剪切开始时是紧密闭合的，或者需要考虑接触面积随剪切位移增加而变化的影响。而实际粗糙节理的剪切行为会导致节理有发生错位，从而导致节理产生开口。因此，需要一种关于双阶粗糙结构岩石节理张开度的计算方法。

发明内容

本发明目的在于提出一种双阶粗糙结构岩石节理张开度量化方法。Ladanyi&Archambault在1969年提出用节理的联锁度表示节理张开度的级数。得到公式推导：

其中Δx表示剪切位移，λ_w表示波纹度的波长

对于三角剖面，又有描述节理壁之间法向缝隙的张开度(δ)与联锁程度(η)的公式：

δ＝2(1-η)A_w

重新排列公式可得：

利用以上方程，提出了一种双阶粗糙结构岩石节理张开度量化方法，使可以进一步获得节理壁之间的真实接触面积以研究节理张开度对节理岩体的力学行为的影响。

本发明的技术方案：

一种双阶粗糙结构岩石节理张开度量化方法，步骤如下：

对于发生剪切行为的具有粗糙节理的岩石，在剪切方向上，得到岩石节理面上关键大起伏的最高点(X_h,Y_h)和最低点(X_l,Y_l)的节理起伏度A_w，并获得关键大起伏的波长λ_w；识别岩石节理面上具有与剪切方向相反的粗糙度倾斜角即正坡角的微凸体，并计算出正坡角的正切值tanθ_i；然后在每个垂直高度的正坡角中选择最大的一个，即获得tanθ_i^max；认为岩石节理上表面是沿最陡的正坡角θ_i^max滑动，根据公式和得出节理张开度增量Δδ_i是剪切位移增量Δx_i的函数，即得到Δδ_i＝2Δx_itanθ_i^max，也就是说张开度的增量为Δδ_n＝2(x_n-x_n-1)tanθ_n，由此得到累计计算张开度δ的公式为：